Immagine copertina generata con l’intelligenza artificiale
Un gruppo di ricercatori dell’Università di Leida, nei Paesi Bassi, ha sviluppato un nuovo rilevatore di luce superconduttivo capace di distinguere tra uno, due e tre o più fotoni che raggiungono contemporaneamente la sua superficie. La tecnologia, ideata dal fisico Erik Baalbergen, potrebbe contribuire a migliorare la precisione dei calcoli quantistici e accelerare lo sviluppo dei computer quantistici ottici.
La ricerca rappresenta un passo avanti nella capacità di misurare singole particelle di luce, un aspetto fondamentale per le macchine quantistiche che utilizzano i fotoni per elaborare informazioni.
Un rilevatore capace di contare i singoli fotoni
I computer quantistici ottici utilizzano i fotoni come qubit, ovvero le unità fondamentali attraverso cui vengono elaborate le informazioni ed eseguiti i calcoli. Esiste però un limite tecnologico: mentre i normali rilevatori riescono a individuare la presenza della luce, distinguere e contare con precisione le singole particelle che la compongono è molto più complicato.
Per superare questo ostacolo, Baalbergen e il suo gruppo di ricerca hanno lavorato sui superconducting nanowire detectors, rilevatori basati su fili superconduttori estremamente sottili. Questi componenti, quando vengono portati a temperature molto basse, non presentano resistenza elettrica.
Quando un fotone colpisce uno dei fili, ne modifica lo stato elettrico, generando un segnale misurabile. Proprio attraverso l’analisi di queste variazioni, il gruppo è riuscito a sviluppare una tecnica in grado di distinguere tra uno, due e tre o più fotoni arrivati contemporaneamente.
Un altro miglioramento ha riguardato il collegamento tra il rilevatore e l’elettronica incaricata di leggere i segnali. La nuova configurazione ha ridotto la perdita di informazioni, rendendo più semplice ricavare dati precisi dalle misurazioni.
Come funziona la nuova tecnologia
Un elemento particolarmente interessante della ricerca riguarda il metodo utilizzato per interpretare i segnali prodotti dal rilevatore.
Il gruppo, che comprendeva anche Ilse Kuijf, dottoranda in fisica teorica, e lo studente magistrale Lars Seldenthuis, non si è limitato a esaminare l’ampiezza dei segnali elettrici. Gli scienziati hanno analizzato anche il modo in cui ciascun segnale cambia nel tempo.
Questa scelta ha permesso di migliorare sensibilmente la precisione del conteggio dei fotoni, senza dover ricorrere a sistemi elettronici particolarmente complessi.
La tecnica offre inoltre un’indicazione sul livello di certezza associato a ciascun conteggio. Un dettaglio importante per le applicazioni quantistiche, nelle quali anche piccole imprecisioni nella lettura delle informazioni possono influenzare i risultati dei calcoli.
Baalbergen ha definito il risultato un progresso fondamentale, pur riconoscendo che il rilevatore necessita ancora di ulteriori sviluppi. Il fisico ha discusso la propria ricerca durante la discussione del dottorato, sostenuta con successo il 3 novembre 2026.
Computer quantistici più precisi e nuove applicazioni
Il nuovo rilevatore potrebbe avere un ruolo nello sviluppo di computer quantistici ottici più potenti, capaci di affrontare problemi computazionali ancora estremamente difficili per le macchine convenzionali.
Tra i possibili ambiti di applicazione figurano lo studio delle reazioni chimiche e lo sviluppo di nuove molecole e materiali.
Un ulteriore vantaggio dei computer quantistici ottici riguarda la temperatura di funzionamento: gran parte dei loro componenti può operare a temperatura ambiente. Questo significa che, rispetto ad altre architetture quantistiche, non è necessario predisporre grandi sistemi di raffreddamento per portare l’intera macchina vicino allo zero assoluto, con potenziali risparmi in termini di costi e tempi.
Resta tuttavia una particolarità tecnica: i rilevatori a nanofili superconduttori utilizzati nella ricerca hanno bisogno di temperature estremamente basse per funzionare.
La collaborazione con QuiX Quantum
Il progetto ha coinvolto anche QuiX Quantum, azienda olandese che nell’estate del 2026 ha presentato il proprio primo prototipo funzionante di computer quantistico ottico.
La collaborazione potrebbe favorire l’integrazione dei nuovi rilevatori nei futuri sistemi sviluppati dall’azienda. Baalbergen si aspetta infatti che dispositivi capaci di contare i fotoni con questa precisione trovino spazio nelle prossime generazioni di computer quantistici ottici.
L’obiettivo è migliorare ulteriormente l’accuratezza delle operazioni: grazie alla possibilità di distinguere il numero di particelle luminose che raggiungono il sensore, il computer potrebbe disporre di informazioni più precise durante l’esecuzione dei calcoli.
Fonte: Interesting Engineering
